미국 우주군이 지상과 위성을 공격·방어할 수 있는 무기를 우주 궤도에 실전 배치했다고 공식 확인했다. 미 우주군 사령부 대변인은 14일(현지시간) 성명을 통해 “미국은 적대국의 공격으로부터 합동 부대를 보호할 수 있는 궤도 내 ‘우주 통제 무기’를 보유하고 있다”고 밝혔다. 미국이 우주 공간에 무기를 배치했다고 공식 인정한 것은 이번이 처음이다. 대변인은 구체적인 무기 체계를 공개하지 않으면서도 “우주 통제는 물리적·비물리적 수단을 모두 활용해 적의 역량을 무력화하고 우주 영역을 통제하는 임무를 포함하며, 공격과 방어 목적으로 모두 활용될 수 있다”고 설명했다. 트로이 마인크 미 국방부 공군장관은 같은 날 열린 항공·우주·사이버 콘퍼런스에서 “오늘날 우리는 진화하는 위협이 어디에 존재하든 이에 대응할 준비 태세를 유지하기 위해 계속 노력하고 있다”고 밝혔다. 이어 “이게 바로 미국이 현재 적대 세력의 행동으로부터 합동군을 방어할 수 있는 궤도상 우주 통제 무기를 보유하고 있는 이유”라고 강조했다. 미국이 ‘우주 무기 배치’ 공식 인정한 배경미국이 우주 궤도에 무기를 실전 배치한 사실을 공식 인정한 배경에는 중국과 러시아를 향한 경고가 있다는 분석이 나온다. 미 우주군에 따르면 중국은 군 현대화 전략의 일환으로 우주 및 대우주 공격 역량을 개발·운용하고 있다. 러시아는 이미 우주를 주요 전장으로 인식하고 우주 패권이 향후 분쟁의 승패를 가를 결정적 요인으로 간주해 왔다. 실제로 1957년 당시 옛 소련은 인공위성 스푸트니크호를 우주로 발사하며 우주의 군사화를 시도했다. 이후 우주 공간 내 핵무기 배치에 대한 우려가 지속적으로 커졌으나 주요 강대국들은 1967년 ‘외기권 조약’을 체결해 궤도 내 대량살상무기(WMD) 배치를 금지했다. ‘달과 기타 천체를 포함한 외기권의 탐사 및 이용에 관한 국가 활동을 규율하는 원칙에 관한 조약’인 외기권 조약은 미국·소련·영국이 1967년 1월 서명하고 같은 해 10월 발효한 우주 분야의 국제조약이다. 조약의 핵심은 우주 공간을 특정 국가가 영토처럼 소유할 수 없도록 하고, 모든 국가가 평화적 탐사와 이용을 할 수 있도록 하는 것이다. 특히 외기권 조약 제4조는 체약국이 핵무기나 기타 대량살상무기(WMD)를 탑재한 물체를 지구 궤도에 올리거나, 달과 기타 천체에 그러한 무기를 설치하거나, 그 밖의 방식으로 우주 공간에 배치하는 것을 금지한다. 다만 외기권 조약이 우주에서 모든 종류의 무기를 금지하는 것은 아니다. 제4조는 핵무기와 WMD에 초점을 맞추고 있는 만큼 재래식 무기를 탑재한 위성이나 다른 형태의 대위성무기(ASAT) 등은 조약 자체에서 명시적으로 전면 금지하지 않는다. 미국과 러시아, 중국, 인도 등은 외기권 조약의 허점을 파고들어 상대국의 위성을 무력화하는 방안을 지속적으로 탐색해 왔다. 러시아는 2021년 ‘누돌’ 미사일로 자국의 폐기 위성을 직접 요격해 파괴하는 직접상승형 대위성미사일(DA-ASAT)을 시험했다. 러시아가 지상에서 발사한 미사일로 저궤도 위성을 직접 파괴할 수 있는 능력을 실제로 입증한 것이다. 러시아는 위성을 이용해 다른 위성에 접근하는 방식도 발전시키고 있다. 러시아의 군사위성들은 다른 위성을 추적하거나 근접 비행하는 기동을 여러 차례 수행했으며 서방의 상업용 레이더 위성에 매우 가까이 접근하는 기동도 관측된 바 있다. 중국 역시 직접상승형 대위성미사일과 더불어 중국이 운용하는 우주 실험·기술 검증 위성인 스젠(SJ)-21을 이용해 다른 위성의 궤도를 변경하는 기동 능력을 보여줬다. ABC뉴스는 “미국이 우주 궤도에 무기를 실전 배치했다고 밝힌 것은 중국과 러시아를 향한 강력한 경고로 풀이된다”고 전했다. 미국이 배치한 우주 무기는?미국이 어떤 종류의 무기를 궤도에 배치했는지, 또 언제부터 배치돼 있는지는 확인되지 않았지만, 일반적으로 우주 무기에는 사이버 무기나 레이저, 중국·러시아가 운용하는 다른 위성과의 충돌 목표로 설계된 위성 등이 포함된다. 미국 ‘안전한 세계재단’의 우주 안보·안정성 담당 책임자인 빅토리아 샘슨은 미국이 실제로 궤도에 배치한 무기가 우주 기반 재밍 장비일 가능성을 제기했다. 그는 스페이스폴리시온라인에 “미국이 러시아와 중국처럼 우주에서 전파를 방해하는 재밍 체계를 보유하고 있을 것으로 추정한다”며 “이런 무기라면 위성을 물리적으로 파괴하지 않아 우주 파편을 발생시키지 않는다는 점에서 미국의 기존 정책과도 부합한다”고 설명했다. 미국 군사 전문 매체 더워존은 미 우주군 대변인의 발언을 근거로 “미국이 우주에 배치한 무기는 단순한 방어용 위성으로 한정되지 않고, 전자전·재밍 같은 비운동에너지 체계부터 물리적으로 상대 위성을 공격하는 운동에너지 체계까지 이론적으로 포함할 수 있다”고 분석했다. 다만 외신과 전문가들은 적대 세력이 GPS와 통신, 정보, 표적 데이터를 제공하는 위성을 무력화하거나 파괴하려 들면서 지구 궤도가 군사적 경쟁·충돌의 공간이 될 수 있다고 경고한다. 영국 파이낸셜타임스는 “미국의 공식 인정은 다른 국가의 우주 무기 개발과 배치를 촉진할 수 있다”며 “미국이 어떤 무기를 배치했는지 구체적으로 밝히지 않은 상황에서 중국과 러시아가 이를 새로운 위협으로 받아들이면, 상대국 역시 우주에서 공격·방어 능력을 확대하는 우주 군비경쟁이 더욱 빨라질 수 있다”고 내다봤다.

화성에는 포보스와 데이모스라는 두 개의 작은 위성이 있다. 포보스와 데이모스의 지름은 각각 22.2 ㎞와 12.6㎞로 포보스가 좀 더 크고 안쪽을 공전하고 있다. 둘 다 감자 같은 외형으로 묘사되지만, 자세히 들여다보면 서로 좀 다른 것을 알 수 있다. 포보스는 곰보 자국 같은 분화구가 훨씬 많은 반면 데이모스는 상대적으로 분화구가 적고 매끈한 외형을 지니고 있다. 따라서 사실 데이모스 쪽이 좀 더 감자 같은 외형을 지니고 있다. 과학자들은 데이모스 표면에 먼지와 미세한 모래 같은 물질인 ‘레골리스’(Regolith)가 두껍게 깔려 있다는 사실을 확인했다. 그리고 남쪽에는 움푹 들어간 분화구 지형이 존재하는데, 그 이유에 대해서는 여전히 미스터리로 남아 있다. 프랑스 코트다쥐르 천문대, 미국 애리조나대, 일본 도쿄대 공동 연구팀은 이 미스터리를 풀기 위해 2025년 데이모스를 근접 관측한 유럽 우주국(ESA)의 헤라 탐사선 자료를 참고해 매우 정교한 시뮬레이션을 시행했다. 연구팀은 스위스 베른대가 개발한 ’평활 입자 유체역학’(SPH) 코드도 활용했다. 베른 SPH는 미 항공우주국(NASA)이 소행성 디모포스의 궤도를 변경시킬 수 있는지 증명하기 위해 의도적으로 이 소행성에 충돌시킨 탐사선 ‘DART’(쌍소행성 궤도수정 실험)의 효과를 평가하는 코드였다. 이는 충돌하는 천체를 수백만 개의 입자로 분해하고, 충돌 시 입자들의 중력, 밀도, 물질 강도와 같은 다양한 변수들의 상호작용을 분석하는데 쓰였다. 연구팀은 이 코드를 사용해 고성능 컴퓨터 클러스터에서 약 100회의 시뮬레이션을 시행했다. 그 결과 현재 데이모스의 형태는 지름 320m의 소행성이 45도의 경사 각도로 충돌한 결과라는 결론을 얻었다. 그런데 충돌 후 감자 같은 외형을 만든 요소는 충돌한 소행성 이상으로 데이모스 자체의 구조에 많은 영향을 받았다. 데이모스는 감자처럼 내부가 꽉 차 있는 단단한 구조가 아니라 내부에 공간이 많은 잡석 더비 같은 소행성 구조를 지니고 있는 것으로 추정된다. 따라서 오히려 충돌 시에 충격을 효과적으로 흡수해 위성이 파괴되는 대신 형태가 약간 변하면서 많은 먼지와 파편을 주변으로 날렸다. 덕분에 표면이 먼지와 모래에 파묻히면서 현재처럼 상대적으로 매끈한 감자 같은 외형을 지니게 된 것으로 풀이된다. 이번 연구 결과는 앞으로 화성의 두 위성을 직접 탐사할 일본 우주 항공 연구 개발기구(JAXA)의 MMX 탐사선에 의해 검증될 예정이다. MMX는 두 위성을 자세히 관측하고 포보스에서는 샘플을 채취해 두 위성의 생성 기원과 특징을 밝혀낼 예정이다. 이번 결과를 뒷받침하는 결과가 나올지 아니면 이를 뒤집는 새로운 발견이 나올지 주목된다.

1년 넘게 우주 공간을 떠돌던 스페이스X ‘팰컨9’ 로켓의 상단부가 달 표면에 떨어진 가운데, 그 충돌 흔적이 우주망원경에 의해 포착됐다. 영국 가디언은 8일(현지 시간) 유럽남방천문대(ESO) 초거대망원경 VLT(Very Large Telescope)를 통해 로켓 잔해의 충돌로 인해 발생한 먼지기둥에서 나트륨(Sodium)과 리튬(Lithium) 가스의 스펙트럼선(화학적 지문)을 관측했다고 보도했다. ESO에 따르면 로켓 충돌 이후 생긴 흔적은 5~10분 동안 관측됐으며 이 연기의 길이는 수십 ㎞에 달했다. 나트륨은 달 표면 토양에 존재하는 성분으로 로켓 충돌 시 강한 에너지를 받아 증발하면서 가스가 빛을 발한 것으로 보인다. 그러나 리튬의 경우 충돌한 로켓 잔해에서 유래했을 가능성이 매우 높다. 앞서 5일 오전 6시 35분(세계협정시)께 로켓 잔해가 시속 8700㎞의 속도로 달 서쪽 가장자리의 아인슈타인 크레이터 인근에 추락했다. 로켓 잔해의 무게는 약 4t, 길이는 12m로, 충돌 과정에서 발생한 충격으로 폭 30m, 깊이 5m의 크레이터가 생성됐을 것으로 추정된다. 그러나 여러 인공위성이 달 궤도를 돌고 있지만 로켓 추락 당시 이를 목격할 적절한 위치에 있던 위성은 없었다. 대신 미 항공우주국(NASA)의 달 정찰 궤도선(LRO)과 특히 대한민국 최초의 달 궤도선 다누리(Danuri)가 충돌 현장을 촬영해 공개할 예정이다. 이처럼 로켓의 달 추락에 전문가들이 관심을 두고 있는 이유는 달 표면 구성 성분을 보다 정확히 알아낼 수 있기 때문이다. 달 표면은 수십억 년 동안 태양풍과 우주 방사선을 맞아 성질이 변한 흙(레골리스)으로 덮여 있는데, 로켓 잔해가 이를 뚫고 들어가 원시 토양과 암석을 밖으로 분출시킨 것이다. 여기에 정확한 물리적 조건 아래에서 천체 충돌 모델을 시뮬레이션이 아닌 물리적으로 확인했다는 점은 큰 성과다. 그러나 우주 쓰레기 문제는 또 과제로 남겼다. 1960년대부터 달 탐사가 진행되면서 지금까지 달 표면에 놓인 우주 쓰레기만 209t에 달하는 것으로 추정된다. 대부분 아폴로 프로젝트 당시 남겨진 달 착륙선과 각국 우주 기관의 추락한 탐사선이다.

미국 민간 우주기업 스페이스X의 로켓 잔해가 오는 5일 달 표면에 충돌할 것으로 예상된다. AP 통신 등 외신의 2일(현지시간) 보도에 따르면 지난해 1월 15일 발사됐던 스페이스X의 ‘팰컨9’ 로켓 상단부(2단 로켓)가 미 동부시간 기준 오는 8월 5일 오전 2시 34분(한국시간 5일 오후 3시 34분) 달 서쪽 가장자리에 있는 ‘아인슈타인 분화구’ 인근에 충돌할 것으로 예측됐다. 팰컨 9 로켓은 당시 미국 파이어플라이의 ‘블루고스트’와 일본 아이스페이스의 ‘리질리언스’ 등 무인 달 착륙선 2기를 싣고 우주로 향했다. 발사 직후 1단 로켓은 지구로 귀환했으나, 착륙선을 목표 궤도에 올린 길이 약 12m, 무게 약 4.5t 규모의 2단 로켓은 임무 종료 후 고지구궤도(약 3만5786㎞보다 높은 궤도, 달 탐사선이나 심우주 탐사선이 지나가는 구간)에 방치돼 표류하다가 결국 달 충돌 궤도로 진입했다. 전문가들은 해당 잔해가 시속 약 8700㎞(초속 2.43㎞)의 엄청난 속도로 달 표면에 부딪힐 것으로 내다봤다. 충돌 위력은 TNT 약 3t 규모 폭발력과 맞먹으며, 이로 인해 달 표면에는 지름 20~27m, 깊이 약 5m에 달하는 새로운 크레이터가 형성될 것으로 예상된다. 이번 충돌 전후 상황은 각국의 달 궤도 탐사선들이 밀착 기록할 예정이다. 미국 항공우주국(NASA)의 달 정찰 궤도선(LRO)과 한국 항공우주연구원의 달 궤도선 ‘다누리’(KPLO)가 충돌 지점 주변 사진을 촬영해 영향을 분석한다. 미국 로스앨러모스 국립연구소의 벤저민 페르난도 연구원은 “다누리가 충돌 약 2분 전 로켓 잔해와 수㎞ 거리에 접근해 현장을 촬영할 예정”이라고 설명했다. 충돌 순간 발하는 섬광은 지속 시간이 1초 미만이어서 지구에서 맨눈으로 확인하기는 어렵지만, 파편과 먼지가 우주 공간으로 수 킬로미터 이상 솟구쳐 띠 형태로 퍼지면서 지구에서도 망원경을 통해 수십 분 동안 관측할 수 있을 것으로 보인다. 강한 속도로 달에 충돌하는 인공물, 문제 없을까전문가들은 이번 충돌이 매우 큰 규모로 보일 수 있지만, 달이나 지구에 실질적인 위협을 줄 가능성은 거의 없다고 설명한다. 달은 대기가 없어 운석과 우주 잔해가 그대로 표면에 충돌하는 일이 수십억 년 동안 반복돼 왔으며, 이번 로켓 잔해의 충돌 에너지는 달이 일상적으로 겪는 자연 충돌과 크게 다르지 않거나 훨씬 적은 수준일 것으로 예상되기 때문이다. 지구에 미치는 영향도 미미할 것으로 전망된다. 충돌 과정에서 발생하는 먼지와 암석 파편은 대부분 달의 중력에 의해 다시 표면으로 떨어지며, 일부 미세한 입자가 우주 공간으로 방출되더라도 지구까지 이동해 위험을 초래할 가능성은 낮다고 알려졌다. 과학계는 이번 충돌을 우려보다는 연구 기회로 보는 분위기다. 인공물이 속도를 유지한 채 달 표면에 충돌하면 어떤 크기의 크레이터가 만들어지고, 충돌 순간 얼마나 많은 먼지와 암석이 방출되는지, 또 방출된 물질이 달 표면에서 어떻게 이동하는지를 직접 관측할 수 있기 때문이다. 이러한 자료는 달 표면의 물리적 특성과 충돌 과정에 대한 이해를 높이는 것은 물론, 향후 달 기지 건설이나 유인 탐사 과정에서 예상되는 운석 충돌 위험을 평가하는 데에도 중요한 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다. 다만 일각에서는 이번 사례를 계기로 급증하는 우주 쓰레기 관리 체계 구축과 우주 교통 통제의 필요성을 거듭 강조하고 있다. 하버드-스미스소니언 천체물리학센터 출신 조너선 맥도웰 연구원은 “이번 충돌 자체가 당장 달에 큰 문제가 되지는 않겠지만, 예측하기 어려운 궤도에 로켓 잔해를 방치해서는 안 된다”고 지적했다. 페르난도 연구원 역시 “충돌 잔해가 향후 달에 상주할 우주비행사나 탐사 기지에 얼마나 큰 위험이 될지 파악하는 중요한 계기가 될 것”이라고 밝혔다. 한편 인공물이 우주 표류 중 통제되지 않은 채 달과 충돌하는 사례는 지난 2022년 우주 로켓 잔해 충돌 이후 두 번째다. NASA는 당시 로켓 잔해가 달 뒷면 ‘헤르츠스프룽’ 분화구 인근에 충돌해 새로운 충돌 흔적을 남겼다고 밝혔다. 이후 NASA의 LRO가 촬영한 사진을 분석한 결과 예상과 달리 하나가 아닌 두 개의 충돌구가 나란히 형성된 이른바 ‘이중 크레이터’(double crater)가 확인됐다. 로켓 잔해 충돌 당시 초기에는 스페이스X의 로켓으로 알려졌다가 이후에는 중국의 로켓 상단부라는 분석이 나온 바 있다. 중국은 이 같은 주장을 부인했고 NASA는 그해 6월 보도 자료에서 ‘미확인 로켓 잔해’라는 표현을 사용했다.

6600만 년 전 현재의 유카탄반도 앞바다에 지름 10km 정도의 천체가 충돌했다. 이로 인해 새를 제외한 모든 공룡과 암모나이트, 익룡 등 지구 생명체의 75%가 사라졌다. 과학자들은 이 대충돌을 일으킨 천체의 정체에 대해 오랜 세월 갑론을박을 벌여왔다. 이와 관련해 2024년 마리오 피셔 괴테 독일 쾰른대 교수가 이끄는 국제 공동 연구팀은 국제 학술지 ‘사이언스’에 백악기 말 생물 대멸종을 일으킨 칙술루브 분화구를 만든 천체가 탄소질 소행성이라는 연구 결과를 발표했다. 이전까지 소행성과 혜성이라는 의견이 첨예하게 갈렸는데, 탄소질 소행성으로 용의자 폭을 좁힌 것이다. 최근에는 캐나다 브리티시 컬럼비아 대학교(UBC)의 객원 교수인 필립 클레이스가 이끄는 유럽, 캐나다 합동 연구팀이 용의자의 범위를 더 좁은 범위로 특정해 탄소질 소행성 가운데서도 희귀한 존재인 ‘CO 콘드라이트’였다는 연구 결과를 과학 저널 ‘사이언스 어드밴스’에 발표했다. 연구팀은 소행성이 직접 충돌한 장소인 칙슬루브 크레이터와 전 세계 5곳의 충돌 잔해에서 니켈 동위원소를 정밀 분석했다. 이 분석을 통해 충돌체의 화학적 조성을 추정한 결과, 기존에 제기되었던 다른 후보(예: 일반적인 탄소질 콘드라이트나 다른 종류)와 비교해 CO 콘드라이트와 가장 잘 맞는다는 결과를 얻었다. CO 콘드라이트는 태양계 초기의 가장 원시적이고 변형이 적은 물질 중 하나로, 지구에서 발견되는 운석 중에서도 극히 드문 유형이다. 탄소질 콘드라이트 소행성 전체가 지구에 내려온 운석의 약 5% 정도밖에 되지 않는데, CO 콘드라이트는 더 드문 경우다. 이번 연구 결과는 단지 대멸종을 일으킨 소행성의 종류를 특정하는 데서 그치지 않는다. CO 콘드라이트는 다른 운석들에 비해 탄소, 아연, 물, 특히 황과 같은 휘발성 원소가 훨씬 적다. 과거 일부 과학자들은 소행성에 풍부한 황 성분이 충돌 후 황산 에어로졸을 발생시켜 지구 기온을 크게 떨어뜨렸을 가능성을 제기했다. 이로 인해 더 파괴적인 대멸종이 일어났다는 가설이다. 하지만 이번 결과는 황산 에어로졸로 인한 기후 한랭화는 생각보다 심하지 않았을 가능성을 제기한다. 그보다는 대기 중으로 흩뿌려진 미세 파편들이 대멸종의 주요 원인으로 풀이된다. 공룡 멸종의 결정적 원인이 소행성 충돌이라는 사실을 밝혀낸 지 이미 수십 년의 세월이 흘렀지만, 이에 관련된 연구는 현재도 활발히 진행되고 있다. 과학자들은 연구를 통해 대멸종의 자세한 원인과 그럼에도 일부 동식물이 생존해 신생대를 개척한 이유를 조금씩 명확히 알아내고 있다.

운전 시 역주행은 자칫 대형 사고로 이어질 수 있는 중대한 운전 과실이므로 만에 하나라도 발생하지 않게 주의해야 한다. 이는 행성의 위성 역시 마찬가지다. 거꾸로 공전하는 위성은 보통 외부에서 끼어든 존재인데, 대개는 충돌 위험성이 높아 오랜 시간 안정적으로 존재하기 어렵다. 태양계에서는 해왕성의 위성 트리톤 같은 일부 위성이 역행성 궤도를 지니고 있지만, 행성은 모두 순행 궤도를 돈다. 천문학자들은 행성급 천체는 대부분 별의 자전 방향과 같은 순행 궤도를 돌 것으로 예측했다. 행성 크기 천체가 외부에서 반대 방향으로 안정적으로 진입하기 힘들고 행성의 공전 방향이 반대가 되기도 힘들기 때문이다. 하지만 항상 예외는 있게 마련이다. 프린스턴 대학교의 주앙 에스피노자-레타말 연구팀은 천체물리학 저널 ‘레터스’에 외계 행성 TOI-1710b의 이례적인 궤도 특성을 분석한 연구 결과를 발표했다. 지구보다 20배 무겁고 지름은 5배 큰 ‘따뜻한 해왕성’급인 TOI-1710b는 단순히 궤도가 기울어진 수준을 넘어, 모항성의 자전축과 거의 180도 반대되는 방향으로 공전하고 있었다. 연구팀은 처음에 나사의 행성 관측 위성인 TESS와 유럽 우주국의 가이아 관측 위성으로 이 행성을 연구하던 중 공전 주기가 이상하다는 사실을 확인했다. 분석 결과 TOI-1710b의 공전 궤도면이 심하게 기울어졌을 뿐 아니라 아예 별의 자전과 반대 방향인 역행 방향으로 공전한다는 점을 확인했다. 보통 행성은 별 주위 형성된 원시 행성계 원반에서 가스와 먼지가 모여 형성되기 때문에 공전 방향이 별과 동일하다. TOI-1710b는 외부에서 끼어든 천체라고 보기에는 너무 가까운 궤도를 공전하기 때문에 연구팀은 다른 천체의 중력 간섭에 더 무게를 두고 가능한 시나리오를 분석했다. 첫 번째 후보는 지구-태양 거리의 3600배 떨어진 거리에 있는 동반성이다. 하지만 동반성은 작은 적색왜성이고 거리가 너무 멀어 직접적으로 TOI-1710b의 궤도를 뒤집기에는 중력 효과가 부족한 것으로 나타났다. 연구팀은 아직 발견되지 않은 제3의 천체가 중력적 다리 역할을 했을 것이라는 시나리오를 제시했다. 연구팀의 시뮬레이션 결과, 약 15AU 거리에서 공전하는 목성 질량의 약 5배에 달하는 가스 행성이 존재할 경우, 이 중간 행성이 멀리 떨어진 동반성의 중력을 받아 안쪽의 TOI-1710b를 끌어당기는 ‘중력 연쇄 반응’을 일으킬 수 있음이 확인됐다. 이 모델은 TOI-1710b의 궤도가 관측된 것처럼 원형을 유지하면서도 역행 궤도에 진입하는 조건을 정확히 충족했다. 연구팀은 향후 가이아 관측 위성의 고정밀 천체 측정 장비를 통해 별의 미세한 흔들림을 관측한다면, 이 숨겨진 거대 행성의 존재를 검증할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 숨은 행성을 발견할 경우 역행성 행성의 생성 과정을 파악할 뿐 아니라 숨은 거대 질량 행성을 찾아내는 새로운 방법이 될 수 있다. 우주의 역주행도 위험하긴 마찬가지이지만, 과학자들은 역주행 행성을 통해 새로운 사실을 대거 밝혀낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.

탐사선 ‘하야부사2’로 기술력 입증 일본이 미국에 이어 세계에서 두 번째로 소행성 충돌을 막기 위한 ‘지구 방어’(플래니터리 디펜스) 기술을 실증했다. 일본은 강점을 지닌 소행성 탐사 기술을 기반으로 차세대 우주 기술 경쟁에서 존재감을 키우고있다. 6일 요미우리신문 등에 따르면 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 전날 탐사선 ‘하야부사2’를 활용한 지구 방어 기술 검증에 성공했다고 밝혔다. 플래니터리 디펜스는 지구와 충돌할 가능성이 있는 소행성을 조기에 발견하고 궤도를 바꾸거나 충돌 피해를 최소화하는 기술을 말한다. 지금까지는 미국 항공우주국(NASA)만 실증에 성공한 분야다. NASA는 2022년 탐사선 DART를 소행성에 충돌시켜 실제 궤도를 바꾸는 데 성공했다. 소행성은 태양계가 형성될 당시의 물질을 간직한 천체인 동시에 지구를 위협할 수 있는 존재다. 1908년 러시아 시베리아에서 발생한 ‘퉁구스카 대폭발’은 지름 약 60m 규모 천체가 대기권에서 폭발해 약 2000㎢를 초토화한 사례로 알려져 있다. 약 6500만년 전 공룡을 멸종시킨 천체는 지름 약 10㎞에 달했던 것으로 추정된다. 국제천문연맹(IAU)에 따르면 지금까지 발견된 지구 근접 천체는 약 4만 2000개에 이른다. 이 가운데 지름 300m가 넘는 소행성 ‘아포피스’는 2029년 4월 지구에서 약 3만 2000㎞ 거리까지 접근할 예정이다. 이는 정지궤도 위성보다도 가까운 거리다. 이 정도 규모의 소행성이 이처럼 근접하는 것은 관측 사상 처음이다. JAXA는 유럽우주국(ESA)과 함께 2029년 아포피스를 탐사하는 공동 프로젝트도 추진하고 있다. 일본은 로켓 분야에선 미국·중국·러시아 등에 뒤지지만, 소행성 탐사는 세계 정상급으로 평가받는다. 탐사선 ‘하야부사’는 2010년 세계 최초로 소행성 ‘이토카와’의 시료를 지구로 가져오는 데 성공했고, 후속 탐사선 ‘하야부사2’는 2020년 소행성 ‘류구’의 시료를 귀환시켰다. 현재 하야부사2는 추가 임무를 수행 중이며 2031년에는 소행성 ‘1998 KY26’ 탐사도 계획하고 있다.

태양과 같은 별들은 생의 마지막을 앞두고 거대한 적색거성으로 팽창한다. 수백 배 불어 오른 몸집은 우주 공간으로 물질을 내뿜으며 서서히 식어간다. 마지막에 남는 것은 남은 물질이 수축해 생기는 백색왜성이다. 이 과정은 정적이고 단순해 보이지만, 사실 천문학자들은 이 죽음의 과정에 대해 아직 알지 못하는 것이 많다. 짐 풀러 캘리포니아 공과대학 이론 천체물리학 교수는 별이 적색거성 단계에서 조용히 죽음을 맞이하는 것이 아니라 사실은 춤추듯 이동한다는 새로운 모델을 제시했다. 풀러 교수가 제안한 모델의 핵심은 별 표면에서 일어나는 무질서한 물질 방출과 그로 인한 반동 효과다. 현재 태양도 종종 강력한 표면 폭발인 코로나 물질 방출(CME)을 통해 수백억 톤의 물질을 우주로 뿜어낸다. 그런데 별이 적색거성으로 부풀어 오르면 중력이 약해져 물질 방출 규모는 훨씬 커진다. 이때 부풀어 오른 별 표면에서 물질 덩어리가 무작위적이고 비대칭적인 방향으로 튀어나가면, 뉴턴의 제3법칙(작용-반작용)에 따라 별은 그 반대 방향으로 아주 작은 ‘킥’(반동)을 받게 된다. 풀러 교수는 “이 모델에서 부풀어 오른 별 표면에서 물질 덩어리가 비대칭적으로 무작위 방향으로 방출된다. 매번 그렇게 될 때마다 별은 그 반대 방향으로 작은 킥을 받는다”라고 설명했다. 흥미로운 대목은 이러한 작은 발동작이 누적되면서 나타나는 효과다. 풀러 교수의 계산에 따르면, 백색왜성이 되기 전 생애 마지막 단계에 있는 적색거성들은 수십만 년에 걸쳐 약 1만 번의 폭발을 일으킨다. 각각의 충격이 가해질 때마다 별은 초당 몇 미터의 속도로 이동하게 되는데, 이는 인간이 가볍게 조깅하는 정도의 속도로 매우 느린 수준이다. 그러나 수학적 모델을 통해 분석하면 방향은 무작위라도 시간이 지남에 따라 시작점에서 벗어날 확률은 높아진다. 예를 들어 어느 방향으로 이동할지 결정하기 위해 계속 동전을 던지다 보면 앞면과 뒷면이 나올 확률은 비슷해도 결국 시작점에서 벗어나게 되는 것과 비슷한 이치다. 3차원적으로 어느 방향으로든 폭발할 수 있는 별의 경우 이 변동성은 훨씬 커진다. 풀러 교수가 제시한 계산 결과, 1만 번에 걸친 작은 킥이 누적되면 별은 최종적으로 초당 약 1km라는 상당한 속도로 이동하게 된다. 이 모델은 쌍성계 해체의 수수께끼를 해결하는 실마리를 제시하고 있다. 카림 엘바드리 캘리포니아 공과대학 천문학 부교수는 별 두 개가 서로를 공전하는 쌍성계 중 한쪽 별이 적색거성 단계를 거쳐 백색왜성이 되면 두 별 사이의 거리가 멀어지는 현상을 관측했다. 풀러 교수의 모델은 그 이유를 쉽게 설명할 수 있다. 초당 1km라면 하루면 약 86.4km에 해당한다. 수만 년 누적되면 상당한 거리다. 따라서 초당 1km의 반동 속도가 두 별의 공전 속도보다 빠를 경우, 중력적 결합이 깨지면서 두 별이 서로 떨어지게 된다. 풀러 교수는 “쌍성의 공전 속도가 킥 속도와 같거나 그보다 작다면, 넓은 거리를 둔 쌍성은 중력적으로 결합이 풀리게 된다”며 “이 이론은 왜 쌍성계가 멀어지거나 해체되는지를 완벽하게 설명해 준다”고 강조했다. 엘바드리 교수 또한 “수년간 저를 괴롭혀 왔던 관측 현상을 설명할 수 있는 물리적 모델을 발견하게 되어 기쁘다”며 풀러 교수의 연구가 기존 관측 데이터를 뒷받침한다고 평가했다. 풀러 교수의 모델은 쌍성계의 해체뿐만 아니라 다른 가능성도 제시한다. 이동 방향은 무작위로 정해지기 때문에, 만약 반동의 방향이 동반성 쪽을 향하게 된다면 두 별이 충돌하여 거대한 폭발을 일으킬 수도 있다. 이는 향후 천문학자들이 우주를 관측할 때 확인할 수 있는 중요한 검증 포인트가 될 것으로 보인다. 이 연구 결과는 미국천문학회(AAS) 제248차 회의에서 발표됐으며 학술지에 논문이 제출된 상태다.

정치와 종교, 그 위험한 관계에 대하여(오스 기니스 지음, 홍병룡 옮김, 아바서원) 현대 종교계는 본질보다 정치적 진영 논리가 우선시되는 위기를 마주하고 있다. 기독교 변증가인 저자는 이를 ‘자유를 떠받치는 문화적 토양의 붕괴’로 진단한다. 사람 간의 차이를 다루는 방식이 무너지며 광장이 파멸에 이르렀다는 것이다. 그는 책에서 정치와 종교의 위험한 충돌을 끝낼 최선의 해결책으로 ‘시민 교양’(Civility)이라는 개념을 제시한다. 단순한 도덕성보다도, 신념을 지키면서도 설득·대화를 이어가는 ‘시민적 덕성’을 뜻한다. 324쪽, 2만 2000원. 청년 파산(박기태 지음, 메디치미디어) 부채가 소득보다 빠르게 증가하고 자산은 줄어드는 유일한 세대가 이 시대의 2030 청년들이다. 회생·파산 전문 변호사인 저자는 청년들이 빚을 떠안게 되는 이유와 방식을 짚어보고, 이를 통해 우리 사회 청년 파산이 단순히 개인에 한정된 문제가 아니라 공동체의 구조적 재난이나 다름 없다는 점을 적나라하게 드러낸다. 한 차례 넘어진 청년들에게 ‘실패할 권리’와 다시 일어설 탄성을 제공하는 사회 안전망이 필요하다. 이미 좌절한 이들을 위한 생존 지침을 책에서 만나볼 수 있다. 352쪽, 2만 2000원. 기술이 인류를 구원한다는 착각(애덤 베커 지음, 박주용 옮김, 동아시아) 미국 빅테크 억만장자들이 그리는 ‘기술이 주도하는 미래’는 과학에 근거한 것일까, 아니면 그들의 부(富)와 권력의 영속을 위한 이데올로기일까. 천체물리학자인 저자는 후자에 초점을 맞춘다. 그러한 비전에는 과학적 근거가 빈약하고, 실현 여부와 무관하게 ‘현존하는 권력’이 작동한다는 것이다. 책을 통해 그는 실리콘밸리를 지배하는 사상적 기원을 추적하고, ‘기술을 통한 구원’이라는 세계관이 어떻게 그물망을 짰는지 입체적으로 보여준다. 496쪽, 2만 2000원. 장애 건축(데이비드 기슨 지음, 박우진 옮김, 가망서사) 장애인 접근성 확보에 주력하는 현대 ‘무장애 도시 건축’은 과연 정의로울까. 그 자신이 절단 장애인인 저자는 경사로와 승강기로 표상되는 기존 무장애 건축의 한계를 지적한다. 기능주의적 장애 개념에 지나치게 천착한 결과 장애인의 접근성만이 장애 중심 설계의 핵심이 돼 버렸다는 것이다. 이에 그는 정치·사회·문화적인 거주 방식으로서의 건축인 ‘장애 건축’을 제안한다. 책을 통해 자립과 연대, 자율성과 상호작용의 가치를 지향하는 건축적 상상력을 살펴볼 수 있다. 288쪽, 2만 1000원.

‘사탄 추락·소행성 충돌’ 유사성 높아지옥 아홉개 원은 다중고리 충돌 분지종단 속도·지각 변화 등 묘사 정확해단테, 서구의 패러다임 전환에 기여아리스토텔레스 천체불변론에 도전천체를 물리적 변화 주체로 인식시켜 단테가 쓴 ‘신곡’ 지옥편에서는 역피라미드 구조의 9개 층으로 이뤄진 지옥이 등장한다. 아래로 내려갈수록 죄가 무겁고 형벌이 가혹해지는데 맨 밑바닥 제9지옥은 배신자들이 갇혀 있고 중심에는 사탄으로 불리는 타락천사 루키페르(루시퍼)가 있다. 신곡 속 이런 지옥의 구조가 충돌 물리학적 사고 실험의 결과라는 흥미로운 해석이 나왔다. 미국 마셜대 연구팀은 신곡 지옥편이 근대 운석학이 탄생하기 약 500년 전에 이미 행성 충돌 모델을 시로 구현한 일종의 충돌 물리학 사고 실험이었다고 13일 밝혔다. 충돌 물리학은 두 물체가 고속으로 충돌할 때 발생하는 힘과 에너지, 변형, 파괴 현상을 다루는 연구 분야다. 이 연구 결과는 지난 3~8일 오스트리아 빈에서 열린 ‘유럽 지구과학 협회(EGU) 2026 컨퍼런스’에서 발표됐다. 신곡 지옥편 제34곡 121~126행에서 지옥의 안내자인 고대 로마 시인 베르길리우스는 단테에게 사탄이 하늘에서 떨어질 때 지구의 지형이 어떻게 변했는지 설명한다. 사탄은 하늘에서 떨어질 때 남반구 쪽으로 추락했는데 남반구에 있던 육지들이 사탄과 충돌을 두려워 해 바다 밑으로 몸을 숨기고 북반구 쪽으로 몰려가 현재 대륙이 형성됐다. 또 사탄이 지구 중심으로 박혀 들어갈 때 흙들은 사탄을 피해 남반구 쪽으로 솟구쳐 올라오는데 이렇게 만들어진 거대한 산이 연옥의 산이라고 설명한다. 연구팀은 이 부분을 충돌 물리학과 운석학의 시각으로 재해석했다. 사탄은 타원형의 소행성급 고속 충돌체로 성간 천체 ‘오무아무아’를 연상시키며 작품 속 사탄의 추락이라는 사건의 규모는 중생대 백악기 공룡 대멸종을 부른 칙술루브(K-Pg) 충돌에 버금간다고 연구팀은 설명했다. 다시 말해, 사탄의 충돌은 전 지구적 대멸종 사건을 정확하게 묘사하고 있다는 말이다. 이는 60t의 질량을 그대로 유지하고 지구에 떨어진 것으로 추정되는 나미비아 그루트폰테인에서 발견된 세계 최대 규모의 단일 운석 ‘호바 운석’처럼 신곡 속 사탄도 기화되지 않은 물리적 충돌체로 지구 구조를 완전히 바꿔놓았다는 설명이다. 연구팀에 따르면 신곡에서 묘사한 지옥의 아홉 개 원은 달과 금성을 비롯한 태양계 곳곳에서 발견되는 다중 고리 충돌 분지의 동심원적, 계단식 지형을 놀랄 만큼 정확하게 보여준다. 다중 고리 충돌 분지는 운석 충돌로 만들어진 충돌구 중 가장 거대한 규모로 중심 충돌점 주위에 세 개 이상의 동심원 형태의 산맥이나 단층이 둘러싸고 있는 지형이다. 지옥편 속 사탄의 추락에 대한 묘사는 거대한 천체가 지구 핵심부에 최대 압축으로 도달하기 위한 종단 속도와 지각 관통의 물리학을 단테가 직관적으로 이해하고 있었음을 보여주는 것이라고 연구팀은 덧붙였다. 연구를 주도한 티머시 버버리 교수(지질신화학)는 “단테는 사실상 운석의 지질학적 실재를 발견하고 천체를 완전하고 불변하는 것으로 여겼던 아리스토텔레스의 이론에 도전한 것으로 볼 수 있다”며 “작품 속 사탄의 추락은 단순한 시각적 환상이나 영적 알레고리가 아닌 엄청난 물리적 파괴를 동반하는 실제 고속 충돌로 묘사함으로써 단테는 서구의 패러다임이 천체를 변화의 물리적 행위자로 인식하는 방향으로 전환하는 데 기여했다”고 강조했다.

영원히 그 자리에서 태양 주위를 공전할 것 같은 태양계 행성들도 사실은 초기에는 자주 위치를 이동했던 것으로 생각된다. 태양계 초기에는 지금보다 행성급 천체가 많았는데, 이들이 충돌하거나 이탈하면서 현재의 태양계를 형성했기 때문이다. 예를 들어 원시 지구는 ‘테이아’(Theia)라는 화성 크기의 행성과 충돌한 후 현재의 지구와 달을 형성했다. 그리고 이 과정에서 궤도도 약간 변했을 것으로 추정된다. 하지만 태양계가 안정화된 후 행성들은 현재의 위치에 자리 잡았고, 수십억 년 이상 그 자리에서 안정적으로 태양 주변을 공전하고 있다. 과학자들은 다른 행성계도 같을 것으로 생각해왔다. 하지만 뉴멕시코 대학교, 코트다쥐르 천문대(Observatoire de la Côte d’Azur), 유럽우주국(ESA)의 과학자들을 포함한 대규모 국제 연구팀은 예상치 못한 예외적 상황을 관측했다. 연구팀은 나사의 외계행성 관측 위성인 TESS와 남극에 있는 ASTEP 망원경을 이용해 ‘TOI-201’이라는 외계 행성계를 관측했다. TOI-201은 서로 다른 세 개의 행성으로 구성되어 있다. 하나는 5.8일 주기로 항성을 공전하는 “슈퍼지구”이고, 다른 하나는 목성 질량의 절반에 해당하는 가스 행성으로 53일 주기로 공전한다. 마지막으로 목성보다 16배나 무거운 거대한 외행성이 약 8년 주기의 타원형 혜성 같은 궤도를 따라 공전하는데, 이는 사실 행성보다 큰 갈색왜성급 천체라고 할 수 있다. 일반적으로 목성 질량의 13배가 넘으면 불안정해도 핵융합 반응이 조금 일어날 수 있어 행성이 아닌 갈색왜성으로 분류한다. 태양계와 달리 이렇게 다양한 천체로 구성된 행성계는 우주에 드물지 않다. 하지만 각 행성의 공전 주기를 분석한 과학자들은 정말 드문 현상을 발견했다. 외계 행성 TOI-201b가 항성 앞을 지나가는 시간이 갑자기 30분 정도 늦어진 것이다. 공전주기 53일에서 차지하는 비중은 크지 않더라도 목성 질량의 절반 혹은 토성보다 더 무거운 행성의 궤도가 관측 가능할 정도로 변한 것이기 때문에 놀라운 일이 아닐 수 없다. 과학자들은 가장 가능성 높은 이유로 가장 무거운 외곽 천체인 TOI-201c의 중력을 들었다. 이 천체는 무겁기만 한 것이 아니라 혜성처럼 길쭉한 타원궤도를 돌고 있다. 따라서 주기적으로 내부 행성에 한쪽 방향으로 중력을 행사할 수 있다. 그 결과 행성의 궤도가 크게 변한 것이다. 이는 오래된 행성계는 궤도가 안정적일 것이라는 상식을 뒤집는 결과다. 이번 발견이 가능했던 가장 중요한 이유는 바로 남극에 설치된 ASTEP(남극 외계행성 탐사) 망원경 덕분이다. 니스의 코트다쥐르 천문대가 주도하고 버밍엄 대학교 및 유럽우주국(ESA)의 협력해 설치한 망원경인데 주경 40㎝의 비교적 작은 망원경이지만, 독특한 위치 덕분에 다른 지상 망원경은 불가능한 관측이 가능하다. ASTEP은 해발 3233m 높이의 남극 고원의 콩코르디아 연구 기지에 설치됐는데, 다른 어떤 인간 거주지에서도 600㎞ 떨어져 있어 국제우주정거장(ISS)보다도 더 외딴곳에 위치해 관측에 방해되는 불빛이 없다. 여기에 남극에서 몇 달간 해가지지 않는 극야 현상과 높은 해발 고도 덕분에 대기 간섭을 최소화하면서 장시간 동안 중단 없이 관측할 수 있다. 이는 별의 미세한 밝기 변화를 장시간에 걸쳐 찾아내는데 적합해 공전 주기가 53일인 TOI-201b의 주기 변화를 포착한 것이다. 과학자들은 TOI-201 시스템의 움직임이 매우 불안정해서 행성들이 곧 항성 앞을 일렬로 늘어서는 현상이 멈출 것이라고 보고 있다. 아마도 200년 후에는 세 행성 중 두 행성만이 지구에서 관측 시 항성 앞을 지나가는 모습을 보일 것으로 예상된다. 앞으로도 ASTEP 같은 새로운 개념의 망원경이 독특한 외계 행성들을 계속 찾아낼 것으로 기대된다.

2006년 과학계에서 가장 뜨거웠던 사건을 꼽는다면 단연 태양계의 막내 행성 ‘명왕성’의 행성 지위 박탈이다. 1930년 2월 18일 미국 천문학자 클라이드 톰보가 발견한 명왕성은 태양계의 9번째 행성으로 인정받아왔지만, 1990년대 이후 해왕성 바깥쪽 카이퍼 벨트에서 명왕성과 비슷한 크기의 천체들이 잇따라 발견되면서 행성의 지위가 흔들리기 시작했다. 그러던 중 2005년 미국 천문학자 마이클 브라운 교수팀은 명왕성보다 질량이 약 27% 더 큰 에리스를 발견했다. 명왕성이 행성이라면 에리스도 행성이 돼야 하는 상황이 됐다. 결국 국제천문연맹(IAU)은 2006년 8월 체코 프라하에서 제26차 총회를 열고 행성의 정의를 공식적으로 정립하기 위한 투표를 했다. 당시 정의된 행성의 요건 3가지는 △태양 중심 공전 △충분한 질량을 가져 정역학적 평형을 유지할 수 있는 구형 △자신의 공전 궤도상에서 주변 천체에 대한 지배적 위치다. 명왕성은 첫 번째와 두 번째 조건은 충족했지만 세 번째 조건에서 결격 사유가 발생해 행성에서 제외되고 왜소행성으로 분류됐다. 그로부터 20년이 지난 최근 미국 항공우주국(NASA)에서 명왕성을 다시 행성으로 승격시켜야 한다는 의견을 공식적으로 지지하면서 다시 국제적 논쟁의 대상으로 주목받고 있다. 이런 상황에서 일본 국립 천문대, 이시가키지마 천문대, 교토대 하쿠비 천문대, 기타큐슈 산업의과대, 지바 공업대 행성탐사 연구센터, 사가 호시조라 천문센터, 도쿄대 천문학 연구소, 아마추어 천문 연구집단인 일본 성식 정보네트워크(JOIN), 교토 산업대 우주과학 연구소 공동 연구팀은 명왕성 너머에 위치한 심우주의 천체를 관측한 결과 해당 천체에서 희박한 대기 흔적을 발견했다. 이 대기는 얼음 화산에 의해 공급되거나 혜성 등의 천체 충돌로 형성됐을 가능성이 있는 것으로 알려졌다. 이 연구 결과는 천문학 분야 국제 학술지 ‘네이처 천문학’ 5월 5일 자에 실렸다. 태양계 최외곽 행성인 해왕성 궤도 너머를 공전하는 행성체들은 ‘해왕성 바깥 천체’(TNO)라고 부르는데 이들은 태양계 형성 과정에서 남겨진 잔해물이다. 이 중 명확하게 대기가 감지된 것은 왜소행성인 명왕성이 유일했다. 이에 연구팀은 천체가 별의 앞을 지나가며 별빛을 가리는 현상인 성식(星飾·stellar occultation·항성 엄폐)을 관측해 ‘(612533)2002XV93’으로 알려진 천체를 조사했다. 연구팀은 2024년 1월 교토와 나가노현에 있는 전문 천문대와 후쿠시마에 있는 시민 천문학자의 망원경으로 이 현상을 동시에 관측했다. 그 결과, 일부 관측에서 별빛은 천체가 앞을 지날 때 갑자기 사라지는 대신 몇 초에 걸쳐 점진적으로 어두워졌다. 이는 천체 주위의 얇은 가스층, 즉 대기가 존재할 때 나타나는 전형적 현상이다. 연구팀은 이 대기가 지구보다 약 500만~1000만 배 더 희박한 것으로 계산했고 얼음 화산에서 방출되는 가스에 의해 유지되거나 최근 혜성 같은 천체의 충돌 이후 방출된 물질로 형성된 단기적 대기층일 것이라고 추정했다. 연구를 이끈 고 아리마츠 교토대 교수는 “이 발견은 밀도 높은 대기가 거대 행성 주위에만 형성된다는 기존의 가설에 도전하는 것으로 태양계 가장자리에 위치한 상대적으로 작은 천체들도 일시적으로 대기를 가질 수 있음을 보여준다”며 “추가적인 성식 관측이나 우주 망원경을 이용한 정밀 측정으로 이렇게 형성된 대기가 시간 변화에 따라 어떻게 변하고 형성되는지에 대해 연구할 것”이라고 밝혔다.

태양계 행성은 일정한 거리를 두고 태양 주위를 공전하기 때문에 수십억 년간 서로 충돌할 위험 없이 공전할 수 있다. 하지만 태양계 초기 상황은 이와 많이 달랐다. 과학자들은 초기 태양계에 수십 개의 미행성이 존재했고 이들이 서로 충돌하면서 현재와 같은 태양계를 형성했다고 보고 있다. 예를 들어 지구 역시 초기에 화성 정도의 원시 행성인 테이아와 충돌했고 그 결과 지구와 달이 만들어진 것으로 분석된다. 과학자들은 원시 행성 간 충돌이 드문 일이 아니라고 예상해 왔지만, 실제 행성 충돌의 증거를 확보하지는 못했다. 매우 드물게 일어나는 일인 데다 설령 충돌한다고 해도 지구에서 관측하기 쉽지 않기 때문이다. 26일 학계에 따르면 워싱턴대의 아나스타시오스 차니다키스와 동료들은 우연한 기회에 외계 행성 충돌의 증거를 발견했다. 연구팀은 유럽우주국(ESA)의 가이아 탐사선 데이터를 분석하던 중 2020년 전 자료에서 이상한 밝기 변화를 보이는 별을 확인했고, 이를 조사한 결과 행성 충돌의 증거를 찾아냈다. 연구팀이 발견한 가이아 20ehk(Gaia20ehk)는 은하계 중심 방향으로 지구에서 1만 1000광년 정도 떨어진 별로 2016년 전까지는 평범한 별이었다. 그런데 2016년부터 세 차례에 걸쳐 밝기가 급격히 감소한 후 2021년경에는 불규칙한 밝기 변화를 거듭했다. 이와 같은 불규칙한 변화는 이 별을 가리는 다른 천체가 어두운 별이나 지나가는 행성이 아니라 급격히 변하고 있는 먼지 구름 같은 형태라는 점을 암시한다. 여기에 전에는 한 번도 이런 밝기 변화를 보인 적이 없다는 점을 고려하면 갑작스럽게 발생한 일로 볼 수 있다. 연구팀은 추가 관측을 통해 가이아 20ehk의 적외선 광도 곡선이 가시광선 곡선과 완전히 반대라는 사실을 발견했다. 가시광선이 깜빡거리며 어두워지기 시작했을 때 적외선은 급격히 증가했는데, 이는 별을 가리고 있는 물질이 매우 뜨거워 적외선 영역에서 강한 빛을 내고 있다는 의미다. 이 모든 내용을 종합할 때 연구팀이 내놓은 가장 가능성 높은 설명은 행성 간 충돌이다. 행성 충돌 후 생성된 지 얼마 안 된 막대한 양의 뜨거운 먼지 구름이 별의 빛을 가릴 뿐 아니라 그 모양도 변하면서 별의 밝기도 이상하게 변했다고 설명하면 관측 데이터를 잘 뒷받침할 수 있다. 여기에 충돌한 위치 역시 지구와 태양 사이 거리인데, 과거 지구와 테이아가 충돌을 일으킨 궤도와 흡사하다. 이번 연구는 매우 드물게 일어나는 행성 간 충돌을 실시간으로 포착했다는 데 큰 의의가 있다. 앞으로 과학자들은 이 별의 밝기 변화를 지속적으로 관측해 행성 충돌 후 어떤 변화가 일어나는지 알아낼 수 있을 것으로 기대하고 있다.

우리에게 익숙한 소행성은 표면에 수많은 크레이터가 있는, 작은 달 같은 모습이다. 따라서 2019년 나사(NASA·미 항공우주국)의 뉴허라이즌스 호가 태양계에서 가장 먼 소행성인 486958 아로코스(Arrokoth, 이전 명칭: 2014 MU69)의 모습을 전송해 왔을 때 많은 사람들이 놀라지 않을 수 없었다. 아로코스는 일반적으로 상상하는 소행성의 이미지와 달리 두 개의 구형 얼음 천체가 붙어 있는 ‘눈사람’ 모양이기 때문이다. 과학자들은 아로코스가 단순히 겉보기만 그런 것이 아니라, 실제로 두 개의 소행성이 접촉해 형성된 접촉 쌍성계(contact binary)라는 사실을 알아냈다. 2020년 나사의 뉴허라이즌스 팀은 두 개의 소행성이 시속 15km의 느린 속도로 가까이 붙어 접촉 쌍성계를 형성한 결과로 분석했다. 하지만 다른 과학자들은 여기에 의문을 품고 새로운 가설을 제시했다. 8일 학계에 따르면 미시간 주립대 대학원생인 잭슨 반스가 이끄는 미국 미시간 주립대학교 연구팀은 새로운 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 일어나기 힘든 소행성 충돌보다 ‘중력 붕괴’(gravitational collapse) 과정이 눈사람 형태를 자연스럽게 만들어낼 수 있음을 입증했다. 이 연구는 왕립 천문학회 월간회보(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)에 발표됐다. 아로코스 같은 눈사람 모양의 소행성은 태양계 외곽에 있는 카이퍼 벨트(Kuiper Belt)에 생각보다 흔해 전체 소행성의 약 10%를 차지하는 것으로 추정된다. 그러나 왜 흔한지는 오랫동안 과학자들 사이에서 논란이 되어 왔다. 간단히 접촉에 의해 생성되기엔 소행성 간의 거리가 매우 멀기 때문이다. 카이퍼 벨트는 화성과 목성 사이의 소행성대와 달리, 천체들이 수백만 km 이상 떨어져 있어 충돌 확률이 극히 낮다. 따라서 충돌설로는 이렇게 접촉 쌍성계가 흔한 이유를 설명할 수 없다. 연구팀은 보다 현실적인 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 태양계 초기에 어떻게 카이퍼 벨트 소행성들이 형성되는지 분석했다. 이전의 컴퓨터 모델들은 충돌하는 천체를 흐르는 덩어리로 취급해, 두 개의 덩어리로 된 독특한 눈사람 형태를 구현할 수 없었지만, 미시간 주립대의 사이버 연구소(ICER)의 고성능 컴퓨팅 클러스터와 새로운 모델 덕분에 이번 연구에서는 천체들이 자기 강도를 유지하면서 서로 부딪히고 접촉하는 현실적인 환경을 시뮬레이션 하는데 성공했다. 연구팀은 태양계 초기 원시행성계 원반(protoplanetary disk)의 먼지 입자들이 점차 뭉쳐져 소행성 크기의 원시 미행성(planetesimal)이 형성되는 과정부터 시뮬레이션 했다. 그리고 이 과정에서 성운이 회전하면서 물질이 안쪽으로 빨려 들어가면, 일부 미행성들이 찢어져 서로 공전하는 두 개의 미행성이 생성될 수 있다는 점을 확인했다. 이 시뮬레이션에서 두 천체는 나선형 궤도를 따라 안쪽으로 이동해 서로 부드럽게 접촉하고 융합하여 최종적으로 눈사람 형태의 접촉 쌍성계를 만들었다. 연구를 주도한 미시간 주립대의 셋 제이컵슨 교수는 “접촉 쌍성계가 전체 소행성의 10%를 차지한다면, 그 형성 과정은 희귀한 일이 될 수 없다”며, “중력 붕괴는 우리가 관측한 것과 잘 맞는 설명”이라고 강조했다. 하지만 반대로 카이퍼 벨트 소행성의 충돌 확률이 낮기 때문에 일단 형성된 접촉 쌍성계는 다른 소행성 충돌로 분리되지 않고, 오랜 시간 동안 안정적으로 존재할 수 있다. 실제로 아로코스 표면에는 크레이터나 충돌 흔적이 거의 없는데, 이는 오랜 시간 동안 충돌 없이 안정적으로 유지됐다는 증거다. 연구팀은 이 모델이 3개 이상의 천체로 구성된 다중성계(triple or higher-order binaries)의 형성 메커니즘을 이해하는 데도 도움이 될 것으로 보고 있다. 현재 연구팀은 더 정밀한 중력 붕괴 모델을 개발 중이며, 향후 NASA의 탐사 임무를 통해 카이퍼 벨트의 더 많은 ‘눈사람’ 소행성이 발견될 것으로 기대하고 있다.

초등학교 과학 시간에 지구는 지각-맨틀-외핵-내핵의 구조로 이뤄졌다고 배웠습니다. 지구 중심에 있는 철 덩어리인 ‘내핵’은 지구 자기장을 유지하는 동력입니다. 지구 핵은 약 46억년 전 지구 형성 초기에 태양계를 떠돌던 작은 천체인 미행성체들과 충돌하면서 발생한 열과 중력으로 밀도가 높은 철과 니켈 성분이 중심부로 가라앉으면서 형성됐다고 알려져 있습니다. 지구의 핵은 철과 니켈이 95%, 나머지 5%에는 다양한 성분이 포함돼 있습니다. 그중에는 수소도 있는데 수소의 정확한 양과 기원에 대해서는 명확히 밝혀지지 않았습니다. 중국 베이징대 지구·우주과학부, 스위스 취리히 연방 공과대(ETH 취리히) 지구화학 및 암석학 연구소, 광학·전자현미경 과학연구센터 공동 연구팀은 지구 핵에 포함된 수소의 대부분은 미행성체 충돌이 아닌 지구 형성 과정에서 포함됐을 것이라고 밝혔습니다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 2월 11일 자에 실렸습니다. 지구의 금속 핵에 다량의 수소가 포함돼 있을 것이라는 연구들이 많지만, 그 양을 추정하는 것은 쉽지 않은 문제였습니다. 간접 측정에 기반했기 때문에 추정치들의 편차가 컸습니다. 이에 연구팀은 지구 핵이 형성된 압력과 온도를 실험실에서 재현함으로써 비교적 정확하게 추정하는 데 성공했습니다. 연구팀은 실험을 통해 핵을 형성하는 철 합금 내 규소와 산소가 풍부한 나노구조 안에서 수소를 원자 수준에서 관찰했습니다. 그 결과, 철 합금 속에서 규소와 수소가 1:1 비율로 결합한다는 규칙성을 발견하고 이를 통해 전체 수소량을 역산했습니다. 연구팀은 이 수치와 지구 핵의 실리콘 함량에 관한 기존 연구 결과를 활용해 지구의 핵에는 무게 기준으로 0.07~ 0.36%의 수소를 포함하고 있을 것이라 추정했습니다. 이는 현재 바다에 존재하는 수소의 최대 45배에 해당하는 양입니다. 이 정도 양의 수소는 미행성체 충돌과 같은 외부 공급이 아닌 지구의 행성 형성 단계에 얻어졌을 가능성이 크다는 것을 보여준다고 연구팀은 설명했습니다. 황둥양 베이징대 교수(지구 진화학)는 “이번 연구는 핵이 지구 최대 수소 저장고라는 점을 보여준다”며 “지구 핵에 수소가 많다는 것은 핵의 밀도가 생각보다 낮은 이유를 설명해 주고, 지구 자기장 형성이나 내부 열 순환을 이해하는 데 중요한 기초 자료가 될 것”이라고 말했습니다.

지구를 비롯한 태양계 8개 행성과 소행성, 혜성들은 모두 46억 년 전 원시 태양 주위에 형성된 먼지와 가스의 모임인 ‘원시 행성계 원반’(protoplanetary disc)에서 생겨났다. 물론 과학자들이 그때로 돌아가서 이를 관측한 것은 아니지만, 생성 단계에 있는 원시별과 원시 행성계 원반을 다수 관찰해 일반적인 행성계의 생성 과정을 파악했기 때문에 자신 있게 이야기할 수 있다. 하지만 그렇다고 해서 행성계 생성의 모든 의문점이 풀린 것은 아니다. 과학자들은 초기 생성 단계의 원시 행성계 원반이나 태양계처럼 이미 생성된 지 상당한 시간이 흐른 행성계는 많이 관측했지만, 그 중간 청소년기에 해당하는 아직 어린 행성계는 많이 관측하지 못했다. 이 단계에서는 원시 행성계 원반을 이루는 가스와 먼지가 거의 흩어져 관측이 힘들기 때문이다. 2일 학계에 따르면 영국 엑세터 대학의 세바스티앙 마리노가 이끄는 유럽과 미국의 ARKS(ALMA survey to Resolve exoKuiper belt Substructures) 연구팀은 지상에서 가장 강력한 전파 망원경인 ALMA를 이용해 초기 원시 행성계 원반과 완성된 행성계의 중간 단계에 있는, 청소년기 행성계 24개를 자세히 관측했다. ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)는 칠레 고원 지대에 설치된 여러 개의 고성능 전파 망원경 어레이로 이름처럼 밀리미터파와 서브 밀리미터파 같은 긴 파장의 전파를 관측하는 망원경이다. 이 파장에서는 가스와 먼지를 관측하기 쉽기 때문에 원시 행성계 원반이 어느 정도 행성과 소행성으로 정리되고 남은 ‘잔해 원반’(debris disc)도 관측할 수 있다. 과학자들은 ALMA의 뛰어난 성능 덕분에 다른 방법으로는 관측하기 힘든 잔해 원반(사진)을 확인할 수 있었다. 언뜻 생각하기에 잔해 원반은 결국 행성과 소행성이 형성되고 남은 잔해에 불과하기 때문에 별다른 움직임이 없을 것으로 생각된다. 하지만 실제 관측 결과 연구팀은 잔해 원반이 생각보다 훨씬 복잡하고 역동적임을 확인했다. 예를 들어 관측한 잔해 원반의 3분의1 이상의 원반에서 뚜렷한 구조(다중 고리, 간극 등)가 발견됐다. 연구팀은 ARKS가 발견한 비대칭성·아크 구조가 보이지 않는 행성의 중력, 과거 충돌, 행성 이동의 흔적일 가능성이 높다고 보고 있다. 다시 말해 이미 생성된 행성의 경우라도 서로 충돌을 통해 새로운 파편을 생성하거나 생성된 행성과 미세 행성에 대규모 소행성 충돌이 일어나고 있다는 뜻이다. 과학자들은 우리 태양계 역시 초기에 수많은 소행성과 원시 행성이 충돌하는 역동적인 과정을 겪었다는 사실을 알고 있다. 예를 들어 원시 지구와 테이아라는 화성 크기의 원시 행성이 충돌한 결과 현재의 지구와 달이 생성됐다. 그리고 그 밖에 태양계 많은 천체에 큰 충돌을 겪었던 흔적이 남아 있다. 옆으로 누운 채 자전하는 천왕성이 그 대표적인 사례로 지구보다 큰 원시 행성과 충돌한 결과로 추정된다. ALMA가 이번에 관측한 청소년기 행성계는 이런 일이 과거 태양계에서만 일어났던 것이 아니라 지금도 성장 중인 행성계에서 일어나고 있음을 시사한다. 외계 행성계도 좌충우돌하며 성장한다는 이야기다. 하지만 이런 성장통이 없었다면 현재의 지구도 없었을 것이다. 묘하게 인간과 비슷한 행성의 성장 과정이 아닐 수 없다.

지구를 비롯한 태양계 8개 행성과 소행성, 혜성들은 모두 46억 년 전 원시 태양 주위에 형성된 먼지와 가스의 모임인 ‘원시 행성계 원반’(protoplanetary disc)에서 생겨났다. 물론 과학자들이 그때로 돌아가서 이를 관측한 것은 아니지만, 생성 단계에 있는 원시별과 원시 행성계 원반을 다수 관찰해 일반적인 행성계의 생성 과정을 파악했기 때문에 자신 있게 이야기할 수 있다. 하지만 그렇다고 해서 행성계 생성의 모든 의문점이 풀린 것은 아니다. 과학자들은 초기 생성 단계의 원시 행성계 원반이나 태양계처럼 이미 생성된 지 상당한 시간이 흐른 행성계는 많이 관측했지만, 그 중간 청소년기에 해당하는 아직 어린 행성계는 많이 관측하지 못했다. 이 단계에서는 원시 행성계 원반을 이루는 가스와 먼지가 거의 흩어져 관측이 힘들기 때문이다. 2일 학계에 따르면 영국 엑세터 대학의 세바스티앙 마리노가 이끄는 유럽과 미국의 ARKS(ALMA survey to Resolve exoKuiper belt Substructures) 연구팀은 지상에서 가장 강력한 전파 망원경인 ALMA를 이용해 초기 원시 행성계 원반과 완성된 행성계의 중간 단계에 있는, 청소년기 행성계 24개를 자세히 관측했다. ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)는 칠레 고원 지대에 설치된 여러 개의 고성능 전파 망원경 어레이로 이름처럼 밀리미터파와 서브 밀리미터파 같은 긴 파장의 전파를 관측하는 망원경이다. 이 파장에서는 가스와 먼지를 관측하기 쉽기 때문에 원시 행성계 원반이 어느 정도 행성과 소행성으로 정리되고 남은 ‘잔해 원반’(debris disc)도 관측할 수 있다. 과학자들은 ALMA의 뛰어난 성능 덕분에 다른 방법으로는 관측하기 힘든 잔해 원반(사진)을 확인할 수 있었다. 언뜻 생각하기에 잔해 원반은 결국 행성과 소행성이 형성되고 남은 잔해에 불과하기 때문에 별다른 움직임이 없을 것으로 생각된다. 하지만 실제 관측 결과 연구팀은 잔해 원반이 생각보다 훨씬 복잡하고 역동적임을 확인했다. 예를 들어 관측한 잔해 원반의 3분의1 이상의 원반에서 뚜렷한 구조(다중 고리, 간극 등)가 발견됐다. 연구팀은 ARKS가 발견한 비대칭성·아크 구조가 보이지 않는 행성의 중력, 과거 충돌, 행성 이동의 흔적일 가능성이 높다고 보고 있다. 다시 말해 이미 생성된 행성의 경우라도 서로 충돌을 통해 새로운 파편을 생성하거나 생성된 행성과 미세 행성에 대규모 소행성 충돌이 일어나고 있다는 뜻이다. 과학자들은 우리 태양계 역시 초기에 수많은 소행성과 원시 행성이 충돌하는 역동적인 과정을 겪었다는 사실을 알고 있다. 예를 들어 원시 지구와 테이아라는 화성 크기의 원시 행성이 충돌한 결과 현재의 지구와 달이 생성됐다. 그리고 그 밖에 태양계 많은 천체에 큰 충돌을 겪었던 흔적이 남아 있다. 옆으로 누운 채 자전하는 천왕성이 그 대표적인 사례로 지구보다 큰 원시 행성과 충돌한 결과로 추정된다. ALMA가 이번에 관측한 청소년기 행성계는 이런 일이 과거 태양계에서만 일어났던 것이 아니라 지금도 성장 중인 행성계에서 일어나고 있음을 시사한다. 외계 행성계도 좌충우돌하며 성장한다는 이야기다. 하지만 이런 성장통이 없었다면 현재의 지구도 없었을 것이다. 묘하게 인간과 비슷한 행성의 성장 과정이 아닐 수 없다.

달에 천체가 떨어지는 놀라운 장면이 카메라에 포착됐다. 지난 5일(현지시간) 미국 뉴욕타임스 등 외신은 일본의 천문학자가 지난달 30일과 지난 1일 연이어 달에서 큰 섬광을 포착했다고 보도했다. 실제 촬영된 영상을 보면 달 표면에서 번쩍하며 작은 점 하나가 밝아졌다가 사라지는 모습이 확인된다. 이는 천체가 달에 떨어지면서 충돌한 것으로 이 과정에서 크레이터가 생성된 것으로 추정된다. 영상을 촬영한 히라츠카시 박물관 천문학자 후지이 다이치는 “달에 떨어진 천체는 타우리드 유성우의 일부로 시속 약 9만 7200㎞로 달에 35도 각도로 떨어졌다”면서 “천체의 추정 질량은 0.2㎏으로 약 3m 너비의 크레이터를 만들었을 것으로 보인다”고 설명했다. 이처럼 작은 질량의 천체로도 달에 섬광과 크레이터를 생성하는 이유는 빠른 속도와 달의 대기가 없기 때문이다. 일반적으로 태양 주위를 도는 암석 등 천체가 지구로 날아오면 대기층에서 마찰로 인해 가열되면서 빛을 낸다. 이를 유성이라 부르는데, 달의 경우 대기가 없어 그대로 표면에 충돌한다. 지구는 대기라는 ‘방어망’ 덕에 천체의 피해를 덜 받지만 태양계의 주요 소행성대와 가까운 화성의 경우 이 피해가 훨씬 크다. 특히 화성은 지구 대기의 1% 수준으로 매우 희박해 달처럼 거의 그대로 충격을 받는데 지표면에 수많은 충돌구가 있다.

달에 천체가 떨어지는 놀라운 장면이 카메라에 포착됐다. 지난 5일(현지시간) 미국 뉴욕타임스 등 외신은 일본의 천문학자가 지난달 30일과 지난 1일 연이어 달에서 큰 섬광을 포착했다고 보도했다. 실제 촬영된 영상을 보면 달 표면에서 번쩍하며 작은 점 하나가 밝아졌다가 사라지는 모습이 확인된다. 이는 천체가 달에 떨어지면서 충돌한 것으로 이 과정에서 크레이터가 생성된 것으로 추정된다. 영상을 촬영한 히라츠카시 박물관 천문학자 후지이 다이치는 “달에 떨어진 천체는 타우리드 유성우의 일부로 시속 약 9만 7200㎞로 달에 35도 각도로 떨어졌다”면서 “천체의 추정 질량은 0.2㎏으로 약 3m 너비의 크레이터를 만들었을 것으로 보인다”고 설명했다. 이처럼 작은 질량의 천체로도 달에 섬광과 크레이터를 생성하는 이유는 빠른 속도와 달의 대기가 없기 때문이다. 일반적으로 태양 주위를 도는 암석 등 천체가 지구로 날아오면 대기층에서 마찰로 인해 가열되면서 빛을 낸다. 이를 유성이라 부르는데, 달의 경우 대기가 없어 그대로 표면에 충돌한다. 지구는 대기라는 ‘방어망’ 덕에 천체의 피해를 덜 받지만 태양계의 주요 소행성대와 가까운 화성의 경우 이 피해가 훨씬 크다. 특히 화성은 지구 대기의 1% 수준으로 매우 희박해 달처럼 거의 그대로 충격을 받는데 지표면에 수많은 충돌구가 있다.

2003년 세계에서 세 번째로 유인 우주 비행에 성공한 뒤 ‘우주굴기’를 통해 미국과 ‘스타워즈’를 벌이고 있는 중국이 달 탐사 로봇개를 훈련 중이다. 중국 명문 베이징대는 지난달 28일 소셜미디어를 통해 컴퓨터과학부에서 달 탐사 임무를 위해 두 마리의 특수 로봇견을 개발했으며, 한 동굴에서 시험을 거쳤다고 밝혔다. 중국 헤이룽장성 무단장시의 용암 동굴은 달의 지하 환경과 놀랍도록 유사한데 특히 일부 구역은 인간이 통과할 수 없을 정도로 갑자기 좁아져 로봇개가 필수적이다. 맞춤형 로봇견은 자율적으로 탐색하고, 장애물을 피하며, 동굴 안에서 고정밀 3D 구조물을 기록해 지도를 만들 수 있는 것으로 알려졌다. 특히 라이더(빛 감지 및 거리 측정)란 원격 감지 기술을 탑재해 공간 데이터를 제공한다. 한 로봇견은 땅을 파는데 특출난 개미핥기에서 영감을 얻어 유연한 로봇 팔과 이동식 플랫폼을 결합한 모습을 하고 있다. 또 다른 로봇견은 도롱뇽이란 이름이 붙었는데 변형 가능한 부드러운 바퀴가 특징으로 험난한 지형을 탐색하고 정찰을 수행하는 데 적합하다. 달 지하는 표면의 강렬한 방사선과 극심한 온도 변화로부터 보호받을 수 있기때문에 유인 달 기지를 건설하기에 최적의 장소로 여겨진다. 베이징대 지구우주과학부의 리자치 연구원은 “달 표면의 낮과 밤의 온도 차이가 300도를 넘고, 최저 기온은 영하 183도까지 내려갈 수 있다”고 말했다. 비슷한 이유로 미국과 스페인 등 서방 국가들도 달 탐사를 위한 로봇 개를 개발해 유사한 환경의 용암 동굴에서 시험 중이다. 지구와 달에서는 대규모 화산 활동이 있었으며, 용암 동굴 형성 과정은 두 천체가 매우 유사하다. 용암 동굴과 함께 운석 충돌구 역시 지구와 달에서 공통적으로 나타나는 지형이다. 2024년 베이징대는 홍콩대 등과 함께 랴오닝성 안산시 슈옌 만주족 자치현에 ‘운석 충돌구 비교 행성학’ 교육 실습 기지를 설립했다. 전 세계적으로 확인된 운석 충돌구는 약 200개이며 이 가운데 중국에서는 모두 4곳이 확인됐는데, 이 곳에서 중국 학생들은 우주 자원 개발 탐구 활동을 벌였다. 중국과학원은 2026년 발사 예정인 달 남극 탐사선 창어 7호에 지진계를 장착해 달의 지진을 연구하고 달 내부를 탐사할 계획이다. 중국은 러시아와 협력해 2030년쯤 달에 국제 연구 기지를 건설할 계획도 갖고 있다.